همه می دانیم PVC سومین پلاستیک پر مصرف در سراسر جهان است. اگر قوانین محدوده کننده کاربردهای این پلاستیک به دلیل مسائل زیست محیطی و مخاطرات سلامتی وضع نمی شد، شاید الان PVC پر مصرف ترین پلاستیک دنیا بود. این پلاستیک محبوب نسل های گذشته و البته ارزان قیمت فعلی، فرایند تولید خاص و پیچیده ای دارد. در حقیقت PVC به دلیل مقاومت حرارتی کم و همچنین خاصیت چسبندگی به دیواره ماشین آلات تولید قطعات، فرایند تولید ویژه ای دارد و به افزودنی های خاص در ترکیب خود به منظور دست یابی به خواص فیزیکی – مکانیکی مناسب، نیاز دارد. یکی از مهمترین معیارهای ارزیابی مناسب بودن فرایند شکل دهی PVC، درجه ژل شدن آن است.
در تمامی کاربردهای PVC کیفیت قطعه تولید شده به شدت به نحوه ذوب شدن PVC و اختلاط آن با سایر افزودنی ها و اجزای موجود در فرمولاسیون بستگی دارد. کیفیت فرایند تولید PVC تعیین کننده درجه ژل یا ذوب آن است که این پارامتر به صورت مستقیم کیفیت قطعات تولیدی را تعیین می کند. علاوه بر نوع فرایند شکل دهی (مانند تزریق، اکستروژن لوله، اکستروژن فیلم و …)، دمای عملیات شکل دهی موثرترین پارامتر تعیین کننده درجه ژل شدن PVC است. برای مثال اگر دمای فرایند شکل دهی پایین باشد، میزان ژل شدن PVC کم خواهد بود و همچنین اگر این دما بالا باشد، می تواند منجر به تخریب ساختار PVC و کاهش خواص فیزیکی – مکانیکی آن شود.
به دلیل اهمیت بالای درجه ژل در تعیین خواص قطعات تولیدی بر پایه PVC، امروزه روش های کمی جهت محاسبه این پارامتر توسعه داده شده اند. در ادامه این نوشتار با این روش ها آشنا می شویم، چراکه تعیین درجه ژل PVC می تواند معیاری برای انتخاب افزودنی های مناسب نیز، برای مثال کمک فرایندها، باشد.
روش غوطه وری
این روش مطابق استاندارد ASTM D2152 انجام می شود. به این منظور تکه ای از قطعه تولیدی بدون وارد شدن شوک دمایی، جدا شده و در استون با کیفیت و بدون رطوبت، برای بیست دقیقه قرار داده می شود. پس از پایان آزمون قطعه بایستی عاری از هر گونه نفوذ حلال به بخش های مختلف قطعه و انحلال PVC باشد. در روشی دیگر و بر اساس استاندارد ISO 9852 از حلال دی کلرومتان به جای استون استفاده می شود. در حقیقت قطعه به مدت ۳۰ دقیقه در حلال قرار داده می شود و نبایستی آثاری از حمله دی کلرومتان بر سطوح مختلف قطعه مورد نظر وجود داشته باشد. تصویر زیر نمونه ای از تخریب های حاصل از حلال را نشان می دهد.
استفاده از DSC
روش های ذکر شده در بالا به استفاده از حلال های سمی نیاز دارند، اما به کمک دستگاه پر کاربرد DSC، یا همان گرماسنجی روبشی تفاضلی که ترجمه شده عبارت Differential Scanning Calorimetry است، روشی مطمئن و با قابلیت کمی سازی به منظور محاسبه درجه ژل PVC پس از فرایند تولید توسعه داده شده است. در این روش مقدار بسیار کمی از قطعه مورد نظر در دستگاه DSC از دمای اتاق تا ۲۴۰ °C با نرخ حرارت دهی ۲۰ °C/min حرارت داده می شود. در حقیقت باید گفت دستگاه DSC می تواند میزان بلورچه یا همان کریستال های ناشی از فرایند ذوب و همچنین بخشی از ساختار که در فرایند تولید ذوب یا ژل نشده است را مشخص کند. به این ترتیب می توان درجه ژل PVC را تعیین کرد. همانطور که در نمودار حاصل از DSC در شکل زیر دیده می شود، بخش A مربوط به قسمت های ذوب شده در فرایند تولید و بخش B جزئی از ساختار است که به صورت ژل نشده باقی مانده است. درجه ژل نیز بر اساس فرمول ارائه شده در زیر محاسبه می شود.
فرمول محاسبه درجه ژل:
تعیین دمای مناسب شکل دهی و دست یابی به میزان ژل بالا در قطعات PVC تعیین کننده کیفیت محصولات تولیدی و خواص فیزیکی – مکانیکی آن است.
